Um die Gefriereffizienz von senkrechten Aufprall-Schnellfrostmaschinen weiter zu optimieren, basiert diese Arbeit auf einer realen Schnellfrostmaschine mit statischem Druckkammermaß von 4 m × 1,5 m × 2 m, wobei der Einlassdruck konstant bei 190 Pa und der volumetrische Durchfluss am Einlass bei 2,64 m3/s gehalten wird. Es wurden fünf verschiedene Größen der statischen Druckkammer vorgeschlagen: 4 m × 1,5 m × 1,5 m, 4 m × 2 m × 1,5 m, 4 m × 2 m × 2 m, 4 m × 2,5 m × 1,5 m, 4 m × 2,5 m × 2 m. Mittels CFD wurde der Einfluss der Größenvariation der statischen Druckkammer auf das Strömungsfeld im Inneren der Schnellfrostmaschine simuliert. Die Wärmeübertragungseigenschaften innerhalb der statischen Druckkammer wurden umfassend analysiert anhand der Luftgeschwindigkeit am Auslass der Düse der Schnellfrostmaschine, der Vektordistribution des Luftstroms an der Oberfläche des Stahlbands, sowie der Wärmeübertragungsintensität und -gleichmäßigkeit an der Oberfläche des Stahlbands. Die Ergebnisse zeigen, dass bei gleichem Durchfluss und unverändertem Druck am Eingang der statischen Druckkammer nur die Auslassluftgeschwindigkeit der Größe 4 m × 1,5 m × 1,5 m geringfügig von der Auslassluftgeschwindigkeit der ursprünglichen Größe abweicht, während die Auslassluftgeschwindigkeit der anderen Größen etwas geringer ist, jedoch ohne signifikante Veränderung. Die Wärmeübertragungsintensität und -gleichmäßigkeit dieser Größe sind jedoch deutlich schlechter als bei 4 m × 2,5 m × 1,5 m und 4 m × 2,5 m × 2 m. Zudem ist die Wärmeübertragungsintensität der Größe 4 m × 2 m × 2 m ungefähr 4,85 % höher als die von 4 m × 1,5 m × 2 m, jedoch ist die Gleichmäßigkeit schlechter, was einen bevorzugten Entwurf ausschließt. Die Wärmeübertragungsintensitäten von 4 m × 2,5 m × 1,5 m und 4 m × 2,5 m × 2 m erreichen 177,76 bzw. 177,39, was ungefähr 6,81 % bzw. 6,59 % höher ist als die Wärmeübertragungsintensität an der Oberfläche des Stahlbands der ursprünglichen Größe und zudem die beste Gleichmäßigkeit aufweist. In Anbetracht der genannten Faktoren stellen 4 m × 2,5 m × 1,5 m und 4 m × 2,5 m × 2 m den besten Entwurf in Bezug auf Auslassluftgeschwindigkeit, Wärmeübertragungsintensität und Gleichmäßigkeit unter den fünf Größen dar.

Gefriergut; Aufprallschnellfrosttechnologie; statische Druckkammer; rechnerische Strömungsmechanik